Стратегический проект №4. Повышение уровня экологической безопасности и сохранение природных систем региона

Стратегический проект №4. Повышение уровня экологической безопасности и сохранение природных систем региона

Стратегический проект является комплексным и направлен на укрепление экологического каркаса и улучшение качества жизни населения Астраханской области и Каспийского макрорегиона, а также на достижение уникального результата – территориального лидерства университета в области экологии и сохранения биоразнообразия, в том числе на территориях освоения нефтегазовых месторождений.

Цель проекта

Повышение уровня экологической безопасности и сохранение природных систем Каспийского региона.

В силе комплексности и междисциплинарности, проект состоит из ряда проектов-маяков, имеющих связную цель и стратегические ориентиры, направленные на достижение уникального результата – лидерства университета в области экологии и сохранения биоразнообразия.

Актуальность проекта связана с решением комплекса экологических проблем в повестке развития региона:

  • нагрузка на водные ресурсы Волги в восемь раз выше, чем нагрузка на водные ресурсы в среднем по России. Менее 80% населения обеспечены или имеют доступ к водопроводной очищенной воде. В результате загрязнения водного бассейна происходят трансформации природных экосистем, уменьшается биоразнообразие на Каспии;
  • неградация и опустынивание почв Каспийского региона, включающего территории Ирана, Казахстана, Азербайджана, Туркменистана, Калмыкии, Дагестана и Астраханской области принимает катастрофические последствия, как в виде сокращения пахотных угодий, так и в виде опасных природных явлений (пыльные бури);
  • снижение видового разнообразия и загрязнение водоемов приводит к оскудению пищевого рациона для рыб, что является причиной отсутствия мировых лидерских позиций по товарному рыболовству на Каспии.

Проблематика имеет «сквозной» междисциплинарный характер, так как связана с вопросами здоровья и качества жизни людей, стабильного экономического роста, разумного потребления ресурсов.

Стратегический проект является ключевым для университета, Астраханской области и Каспийского макрорегиона в логике национального проекта «Экология», Конвенции ООН по борьбе с опустыниванием (UNCCD) и 17 целей устойчивого развития ООН, реализуемого, в том числе, через ряд региональных проектов и их результатов, влияющих на экосистемы Каспийского макрорегиона:

  • Региональный проект «Сохранение биологического разнообразия и развитие экологического туризма (Астраханская область)»;
  • Региональный проект «Оздоровление Волги (Астраханская область)».;
  • Региональный проект «Сохранение уникальных водных объектов (Астраханская область)».

Ожидаемые результаты проекта

Для Прикаспийского региона:

  • лидерские позиции по автоматизации и ресурсному обеспечению комплексного экологического мониторинга акваторий с использованием морских беспилотных роботов;
  • разработка типовых и тиражируемых решений для восстановления экосистем (деградация, загрязнение, заиливание, нерациональное природопользование);
  • улучшение экологической обстановки в регионе и сохранение уникального биоразнообразия;
  • повышение привлекательности региона, как постоянного места жительства, в том числе для молодых ученых и их закрепления в регионе.

Для университета:

  • лидерские позиции в области технологий охраны окружающей среды экосистем внутренних водоемов Земли;
  • уникальный комплексный научно-исследовательский сектор «Экология и климат»;
  • Каспийский Центр космического мониторинга;
  • высокотехнологичный сектор «Высокопроизводительные компьютерные системы и распределенная обработка данных»;
  • развитие перспективных направлений исследований и образовательных траекторий, имеющих конкурентное преимущество развития: микробиология и биоремидиация (микроорганизмы почв, растений, животных), аналитическая химия окружающей среды и «зеленая химия», ИТК (для поиска решений проблем в сфере экологии и предотвращение масштабных экологических катастроф), искусственный интеллект (контроль за загрязнением окружающей среды; определение видов растений; высокоточный мониторинг экосистем), робототехника (рыбы-роботы для борьбы с загрязнением), анализ данных (DataScience, наиболее уязвимые виды животных и растений, факторы, влияющие на их жизнь и среду обитания).
  • повышение позиции в рейтингах университетов.

Результаты проекта направлены на решение ряда актуальных проблем экологии Астраханской области и Каспийского региона. Результаты будут соответствовать ответу на масштабный вызов «Глобальные изменения климата и опустынивание территорий на Юге России».

ПРОЕКТЫ-МАЯКИ
I. Борьба с опустыниванием и деградацией почв

Руководитель: Яковлева Л.В., завкафедрой почвоведения, землеустройства и кадастров, д.б.н., доцент.

Среди угроз, влияющих на развитие мировой цивилизации, по данным Конвенции ООН, одно из ведущих мест занимает проблема опустынивания и деградации земель. Деградация и опустынивание почв Каспийского региона, включающего территории Ирана, Казахстана, Азербайджана, Туркменистана, Калмыкии, Дагестана и Астраханской области принимает катастрофические последствия, как в виде сокращения пахотных угодий, так и в виде опасных природных явлений (пыльные бури).

Согласно данным ООН, в настоящее время нет территории, которая сталкивается с бОльшей угрозой от опустынивания, чем регион между Каспийским морем и Памирскими горами. Из общей площади дефляционно-опасных земель в Астраханской области, дефлированных — 579 900 га; из них сельскохозяйственных угодий — 333 800 га, в том числе 2 000 га пашен. В границах области находится 542 700 га незакреплённых подвижных песков.

Для предотвращения развития процессов опустынивания и экологического бедствия в регионе необходим научно обоснованный комплекс мер, направленных на закрепление песков и защиту почв от дефляции.

Проект направлен на изучение научных основ развития деградации и механизмов опустынивания аридных дельтовых территорий, разработку и внедрение новых гибридных методов охраны почв и борьбы с опустыниванием и деградацией.

Стратегические задачи:

  • развитие фундаментальных знаний о нейтральном балансе деградации земель для оценки эффективности мероприятий по устойчивому землепользованию и адаптации к изменениям климата;
  • проведение углубленных комплексных научных и опытно-экспериментальных исследований (крупномасштабные почвенные, геоботанические, микробиологические, мелиоративные, агрохимические и др. изыскания);
  • разработка комплексов мероприятий по борьбе с опустыниванием и проверка их эффективности в разных природных условиях;
  • подготовка высококвалифицированных специалистов по данной проблеме;
  • восстановление деградированных земельных угодий.

Проект будет способствовать разработке региональных программ, предусматривающих мероприятия, направленных на борьбу с опустыниванием земель сельскохозяйственного назначения, в том числе в рамках Государственной программы эффективного вовлечения в оборот земель сельскохозяйственного назначения и развития мелиоративного комплекса РФ, утвержденного постановлением Правительства РФ от 14 мая 2021 г. № 731.

II. Биологические методы защиты экосистем

Руководитель: Батаева Ю.В., завкафедрой биотехнологии, зоологии и аквакультуры, ведущий научный сотрудник научной лаборатории биотехнологий, к.б.н., доцент

Данное направление посвящено поиску и разработке новых экологических препаратов, направленных на оздоровление окружающей среды и интенсификации восстановления деградированных земельных угодий.

 

1. Новые штаммы для получения высокоэффективных биопрепаратов

Актуальной проблема является поиск новых штаммов микроорганизмов, продуцирующих биологически активные вещества с широким спектром экологического влияния, обладающих полифункциональными свойствами, которые могут быть основой новых биопрепаратов. Исследования показывают, что одним из условий получения высокоэффективных биопрепаратов является наличие активных и стабильных штаммов-продуцентов, поэтому очевидна необходимость знания их биологических особенностей: культурально-морфологических и физиолого-биохимических признаков, изменчивости, жизнеспособности, целевой активности.

Группа микробиологов Астраханского государственного университета под руководством зав. кафедрой биотехнологии, зоологии и аквакультуры, к.б.н., доцента, Юлии Викторовной Батаевой приступили к активной работе по борьбе с опустыниванием территорий на Юге России.

По данным исследований Ю.В. Батаевой и Л.Н. Григорян в микробном пейзаже экстремальных почвенных экосистем Волго-Ахтубинской поймы и Дельты Волги представлено большое разнообразие микроорганизмов с уникальными свойствами, потенциал которых будет использован для реализации данной программы. Многие исследования, связанные с изучением пустынных почв, дают основание утверждать то, что самыми распространенными микроорганизмами в них являются представители актиномицетов, цианобактерий и микроводорослей, изоляты которых абсолютно адаптированы к высоким показателям температуры, концентрации солей и радиации. Данные микроорганизмы продуцируют в окружающую среду комплекс вторичных экзометаболитов различного состава с алифатическими, карбоциклическими и гетероциклическими, азотистыми, кислород- и серусодержащими соединениями.

В сочетании с фитомелиорацией, будут апробированы, в том числе новые для данной проблематики методы микробиологии и молекулярной генетики:

  • генетическое изучение микроорганизмов, обладающих свойствами оздоровления аридных экстремальных экосистем, в том числе и сельскохозяйственного назначения;
  • исследование филогенетического состава метаболически активного прокариотного комплекса различных типов почв в экстремальных климатических условиях Северного Прикаспия;

Расширение сведений об объеме и разнообразии микроорганизмов экстремальных мест обитания, их месте среди прочих микробов, населяющих почву, развивает наши представления о них, как продуцентах специфических биологически активных веществ и вызывает огромный интерес к их исследованию в рамках проекта по борьбе с опустыниванием территорий на Юге России.

Получены патенты на изобретение:

  • № 2695157 Штамм Streptomyces carpaticus для защиты от насекомых-вредителей, грибных, вирусных болезней и стимуляции роста томатов / Л.Н. Григорян, Ю.В. Батаева, В.А. Шляхов, И.С. Дзержинская от 22.07.2019 г.
  • Патент на изобретение  № 2634387 Способ стимуляции роста и развития растений, повышения урожайности и защиты от фитопатогенных грибов в Аридной зоне / Батаева Ю.В., Дзержинская И.С. от 26.10.2017 г.

 

2. Разработка методов борьбы с цветением внутренних водоемов и прудов

Увеличение частоты и продолжительности цианобактериальных «цветений» внутренних водоемов несет целый ряд серьезных угроз, включая локальное и глобальное ухудшение водных ресурсов и воздействие цианотоксинов. Наиболее сложная ситуация сложилась в дельте Волги.

Особенно эта проблема актуальна и остра для миллионов малых водоемов, в том числе широко используемых для различных видов водопотребления и выращивания ихтиофауны.

Эффективным и инновационным решением указанной проблемы, сохраняющим и восстанавливающим качество воды в водоемах, делающим их пригодными для многофункционального использования может быть применение «Метода метаболитного контроля «цветения» водоемов при эвтрофировании». Инновационность предлагаемого решения проблемы и научная новизна заключаются в том, что для решения проблемы предлагается использование природных механизмов контроля развития цианобактерий и планктонных водорослей в водоемах. Низкомолекулярные органические соединения – аллелохемики имеют определенную мишень, что исключает их отрицательное воздействие на другие элементы водной экосистемы.

Для этого разработаны альгициды нового поколения на основе метаболитов-аллелохемиков водных растений, которые будут использоваться для подавления развития в водоемах видов цианобактерий, вызывающих эффект «цветения» водоемов.

Данная инновационная методология позволяет решать проблему цианобактериального «цветения» для внутренних водоемов с замедленным водообменом, что позволит сохранить и улучшить качество водных ресурсов для их разнопланового использования.

Создана технология по предотвращению «цветения» водоемов на основе альгицида нового поколения.

Получен патент на изобретение: №2709308 Альгицид для подавления развития цианобактерий и зеленых водорослей на основе метаболитов – аллелохемиков водных растений / Курашов Е.А., Крылова Ю.В., Батаева Ю.В., Русанов А.Г., Сухенко Л.Т. от 17.12.2019.

III. Экология объектов окружающей среды Каспийского региона

Руководитель Локтионова Е.Г., доцент кафедры экологии, природопользования, землеустройства и БЖД, к.х.н., доцент.

Каспийский макрорегион уникален с точки зрения наличия разнообразных природных ресурсов (биологические ресурсы, ископаемые, углеводороды, запасы пресной воды, природно-климатические условия). Экологическая безопасность играет важную роль в обеспечении устойчивого развити каждого отдельного каспийского государства. Несмотря на то, что проблемы Каспийского региона постоянно находятся в поле зрения ученых, комплексных исследований, учитывающих весь пул проблем и региональных аспектов, по данной проблеме практически не проводились.

Астраханская область имеет уникальное географическое положение, и экологическая обстановка здесь во многом определяет состояние экосистем Прикаспия.

В настоящее время экологическая обстановка характеризуется высокими уровнями опасности. Уровень загрязнения атмосферы в г. Астрахань высокий и характеризуется значениями СИ = 2,2; НП = 5,9 и ИЗА = 7,0 и определяется концентрациями формальдегида, оксида углерода и сероводорода, повышением средних концентраций по пыли, диоксиду серы, оксиду углерода, сероводороду, формальдегиду, аммиаку, оксиду и диоксиду азота.

Качество воды реки Волги по основному руслу в 2020 году оценивалось 3 классом как «очень загрязнённая». Для вод реки Волги по основному руслу превышение ПДК наблюдалось по показателям ХПК, БПК5, железо, медь, цинк, кадмий, молибден, фенолы, нитриты, сероводород и сульфиды. Загрязнение вод соединениями меди, цинка, железа, органическими веществами по ХПК и БПК и фенолы по повторяемости случаев превышения ПДК определяется как «характерное». Водой непосредственно из открытых водоёмов (нецентрализованное водоснабжение) пользовались 19,3 % (194486 человек) населения.

Состояние экосистем напрямую зависит от экологической обстановки в конкретном районе.

Необходимы современные технологии, позволяющие улучшить состояние экосистем.

Целью проекта является разработка и внедрение технологий оздоровления окружающей среды, способствующие снижению уровня загрязнения объектов окружающей среды дельты Волги и Каспия.

Реализация стратегического проекта будет иметь эффекты.
Для региона:

  • разработка типовых и тиражируемых решений для восстановления экосистем (деградация, загрязнение, заиливание, нерациональное природопользование);
  • улучшение экологической обстановки в регионе и сохранение уникального биоразнообразия;
  • повышение привлекательности региона как постоянного места жительства, в том числе для молодых ученых и их закрепления в регионе.

Для университета:

  • развитие перспективных направлений исследований и образовательных траекторий, имеющих конкурентное преимущество развития: микробиология и биоремидиация (микроорганизмы почв, растений, животных), аналитическая химия окружающей среды и «зеленая химия», ИТК (для поиска решений проблем в сфере экологии и предотвращение масштабных экологических катастроф), искусственный интеллект (контроль за загрязнением окружающей среды; определение видов растений; высокоточный мониторинг экосистем), анализ данных (DataScience, наиболее уязвимые виды животных и растений, факторы, влияющие на их жизнь и среду обитания).
  • лидерские позиции в области охраны окружающей среды экосистем внутренних водоемов Земли;
  • повышение позиции в рейтингах университетов.

IV. Изучение и сохранение биоразнообразия фауны Каспийского региона

Руководитель: Астафьева С.С., заведующий Научной лабораторией биотехнологий, к.б.н., доцент

Прикаспийский регион отличается редкими природными условиями. Дельта Волги и Волго-Ахтубинская пойма, бэровские бугры и песчаные барханы, уникальное соленое озеро Баскунчак и единственная в Астраханской области гора Большое Богдо – все это создает богатую гамму ландшафтов, представляющих многообразные экосистемы.

Фауна Астраханской области поражает своим разнообразием. На равнинах степей можно увидеть не только широко распространенных волка, лису, зайца, но и реликтовую антилопу – сайгака, в камышовых зарослях – енотовидную собаку, ондатру, камышового кота, и даже кабана, а на взморье – каспийского тюленя. В Северном Каспии и Волге обитает около 70 видов рыб, в том числе и знаменитые осетровые: белуга, осетр, стерлядь, севрюга. В разное время года здесь можно встретить около 250 видов птиц, более 100 из которых гнездятся здесь постоянно.

Уникальные водные экосистемы находятся в напряженном состоянии. По сравнению с 2019 годом в водотоках дельты реки Волги и Волго-Ахтубинской поймы в 2020 году отмечалось снижение таксономического разнообразия в 1,9 раза, численности в 2,4 раза, кормовой биомассы в 1,8 раза.

Район дельты реки Волги и северной части Каспийского моря (Волго-Каспийский район) для Российской Федерации имеет особое значение. До середины ХХ столетия он был основным поставщиком рыбной продукции страны. Исторически сложившиеся рыбохозяйственные и транспортные функции бассейна в настоящее время дополняются его интенсивным промышленным освоением, главным образом разработкой углеводородного сырья. В условиях активной хозяйственной деятельности, развернутой в регионе, сохранение биологического разнообразия и целостности экосистемы дельты реки Волги и Каспийского моря должно стать приоритетной основой использования ресурсов водоема.

Одной из наиболее важных проблем, стоящих сейчас перед регионом Нижней Волги, стало заметное снижение запасов рыб. Резкому сокращению промысловых запасов леща и воблы, а также уменьшению их доли в общей добыче полупроходных и речных рыб способствовали причины как природного, так и антропогенного характера. К последним можно отнести несоответствующий требованиям рыбного хозяйства режим попусков волжских вод и неучтенное изъятие рыбы, ставшие причиной значительного сокращения эффективности воспроизводства на нерестилищах и выживаемости во время нагула в Каспийском море. В свою очередь, сокращение рыбных запасов могло быть вызвано ухудшением физиологического состояния рыб на фоне развития у них паразитарных заболеваний, а также загрязнения реки Волги и Северного Каспия высокотоксичными веществами, такими как нефтепродукты, пестициды и тяжелые металлы, концентрации которых в последнее время значительно превышают предельно допустимые значения.

Среди поллютантов основными загрязнителями Каспийского моря продолжают оставаться нефтепродукты. Начиная с 2009 г. их содержание в водах Северного Каспия неуклонно нарастало, превышая в некоторых участках во много раз предельно-допустимые нормы. При этом, наряду с соединениями сугубо автохтонного происхождения, отмечено присутствие углеводородов техногенного и смешанного генезиса.

Назрела острая необходимость проведения комплексного изучения рыб, в частности, исследования физиологического состояния, результаты которого являются неотъемлемой частью объективных расчетов запасов промысловых рыб и их объёмов допустимого улова (ОДУ).

На первом этапе реализации подпроекта будут проведены комплексные исследования состояния водных биологических ресурсов Волго-Каспийского района на фоне мониторинга факторов, влияющих на жизнестойкость молоди гидробионтов при естественном и искусственном воспроизводстве.

Результатом проекта будут в том числе новые биотехнологии, позволяющие сохранить и частично восстановить популяции ряда видо фауны Каспийского региона.

V. Экологический мониторинг методами ГИС и ДДЗ

Руководитель: Бармин А.Н., декан геолого-географического факультета; профессор кафедры экологии, природопользования, землеустройства и безопасности жизнедеятельности, д.геогр.н., профессор

VI. Выделение из природных объектов и синтез биологически активных веществ, повышающих качество жизни

Руководитель Тырков А.Г., декан химического факультета, д.х.н., профессор.

Цель: разработка и реализация современных технологических подходов к созданию новых инновационных экопродуктов, в том числе повышающих качество жизни.

Задачи проекта:

  • проведение научных исследований по направлениям: «Применение сверхкритических флюидных технологий в зеленой химии»; «Получение и изучение свойств новых материалов на основе азагетероциклических соединений и полупродуктов лекарственного назначения».
  • интеграция в образовательную и инновационную деятельность факультетов Астраханского государственного университета.
  • подготовка конкурентоспособных специалистов, обеспеченных современными знаниями и опытом, позволяющий им реализовывать инновации в сфере химической науки.

Эффект для региона. Проект нацелен на повышение качества жизни населения Каспийского региона через производство новых синтетических и природных материалов на основе зеленых технологий, которые являются важными ингредиентами для нужд пищевой, косметической и фармацевтической промышленности.

VII. Изучение и сохранение биоразнообразия флоры Каспийского региона

Руководитель: Лактионов А.П., профессор, кафедра ботаники, биологии экосистем и земельных ресурсов, зав. лабораторией «Моделирование экосистем и биоинформатики», д.б.н., доцент.

VIII. Моделирование процессов образования пыльных бурь

Руководитель: Рыбаков А.В., директор физико-математического института, доцент кафедры ЭЭиА, к.ф.-м.н.

Команда проекта

Стратегический проект №4. Повышение уровня экологической безопасности и сохранение природных систем региона

Федотова Анна Владиславовна

Руководитель стратегического проекта «Повышение уровня экологической безопасности и сохранение природных систем Каспийского макрорегиона».
Директор инновационного естественного института